Водные ресурсы: использование и загрязнение

Качественное истощение ресурсов пресных вод

Общемировое водопотребление в 1981 г. достигла 2600 км3 в год, что составляет лишь 6% ежегодно возобновляемых ресурсов пресных вод на Земле. Поэтому нехватку пресных вод в тех или иных регионах зем-ного шара вызыва-ет не прямое водопотребление гидроресурсов, а их качественное истощение.

За последние десятилетия все более значительную часть круговорота пресных вод стали составлять про-мышленные и коммунальные стоки. На промышленные и бытовые нужды потребляется около 600-700 км3 воды в год. Из этого объема безвозвратно расходует-ся 130-150 км3, а около 500 км3 отработанных, так называемых сточных, вод сбрасывается в реки, озера и моря.

В определенных размерах сброс сточных вод в есте-ственные водоемы допустим, так как природно-аквальные комплексы способны к самоочищению. При доста-точно большом содержании в воде кислорода микроор-ганизмы превращают органические вещества стоков а минеральные соли. Часть органики потребляется рыбами. Минеральные соли, в свою очередь, усваиваются растениями. В естественных условиях процессы само-очищения водоемов протекают и завершаются на разном расстоянии от места сброса нечистот. Это расстоя-ние зависит от мощности водостока, его гидрологиче-ских и гидробиоло-гических особенностей, от количества и качества загрязняющих веществ. Если сброс нечи-стот превышает возможности природно-аквальных комп-лексов к самоочищению, происходит их деградация. При этом быстро расходуется кислород, растворенный в воде, что приводит к нарушению биологиче-ских процессов, прекращению процессов самоочистки. В ре-зультате степень загрязнения вод возрастает на-столько, что резко снижаются возможности их использования, -- происходит качественное истощение водных ресурсов.

Для организации охраны вод от загрязнения крайне важно располагать данными о том, какое количество тех или иных стоков может быть очищено естественным образом в речной или озерной воде, за какое время, и на каком расстоянии от мест сброса. На основе таких материалов можно правильно сочетать искусственные и естественные способы очистки стоков. Способность природно-аквальных комплексов к самоочищению необ-ходимо учитывать также при размещении и строитель-стве очистных сооружений. Даже после самой совер-шенной очистки стоки очистных станций содержат не менее 10-20% наиболее стойких загрязнителей. По-этому для вторичного использования очищенных стоков необходимо 12-кратное их разбавление чистыми есте-ственными водами с большим содержанием кислорода.

С каждым годом все более значительные объемы воды расходуются на разбавление как очищенных, так и неочищенных стоков. В результате во многих регио-нах мира произошло качественное истощение водных ресурсов, все водоемы в той или иной степени загряз-нены. Уже в настоящее время при относительно не-большом количестве сточных вод (примерно 600 км3 в год) на их разбавление расходуется около 30% устой-чивого стока рек мира. Несмотря на совершенствование промышленных технологий количество сточных вод ра-стет. В 2000 г. на их разбавление потребуется израсхо-довать все мировые ресурсы речного стока. Строитель-ство дорогостоящих и самых совершенных очистных сооружений лишь отодвигает сроки качественного исто-щения водных ресурсов, но не может полностью ре-шить эту проблему.

Пресные воды загрязняются не только промышленными и канализационными стоками. За последние десятилетия очень опасным источником загрязнения стали нефтепродукты. Даже небольшое количество нефти в водоеме может резко сократить или даже полностью ликвидировать способность природно-аквальных комплексов к самоочищению. 1 т нефти покрывает воду тончайшей мономолекулярной пленкой на площади 12 км2. Эта пленка препятствует газообмену воды и воздуха, затрудняет насыщение воды кислородом и тем самым препятствует нормальному ходу процессов биологической очистки. Рост во всех странах количества автомобилей, водно-моторного транспорта остро ставит проблемы защиты вод от нефтепродуктов. Для борьбы с нефтяным загрязнением принимаются все более строгие меры. Например, на озерах-водохранилищах канала им. Москвы запрещено движение моторных лодок. Все крупные суда должны иметь специальные емкости для приема загрязненных вод.

Значительную угрозу для водоемов представляют минеральные удобрения и ядохимикаты, которые попадают с полей вместе со струями дождевой и талой воды. Насыщение водоемов рядом минеральных веществ (азот, фосфор и др.) приводит к их эвтрофикации. А это в свою очередь заставляет решать ряд новых сложных проблем в организации рационального водопользования. После загрязнения минеральными удобрениями круг возможного использования вод резко сужается. Иногда они вообще не годятся ни для каких целей.

В последние годы все шире распространяется тепловое загрязнение водоемов. Теплые, отработанные воды, которые используются для охлаждения агрегатов и реакторов тепловых и ядерных электростанций, в значительных количествах накапливаются в водохранилищах, озерах и реках. Это сопровождается значительными изменениями в их экологических условиях. Термальные загрязнения вызывают уменьшение содержания кислорода в воде, ухудшают условия жизни многих водных организмов, способствуют развитию сине-зеленых водорослей, значительно увеличивают токсичность загрязняющих воду примесей, изменяют сроки нереста рыб и т. д.

Во все большем числе экономически развитых стран и регионов приходится решать сложные проблемы водоснабжения. Так, в США около 150 млн. человек пьют воду, которая уже была в употреблении и прошла сложный и дорогой путь очистки до питьевых стандар-тов. Но, несмотря на самые совершенные методы под-готовки, эта вода уступает натуральной по целому ряду своих качеств. Сложные проблемы водоснабжения приходится решать Нидерландам, для которых прежде основным источником водоснабжения служил Рейн. Ныне Рейн приносит в Нидерланды сточные воды Швейцарии, Бельгии, Люксембурга, ФРГ и Франции.

Три четверти населения мира испытывает острую нехватку чистой питьевой воды. По данным Всемирной организации здравоохранения, в результате использо-вания недоброкачественной питьевой воды в мире еже-годно заболевает около 500 млн. человек. В связи с этим Генеральная Ассамблея ООН провозгласила 1981-1990 гг. Международным десятилетием обеспе-чения питьевой водой и улучшения санитарных ус-ловий.

Таким образом, региональные и глобальные пробле-мы охраны ресурсов пресных вод, их рационального использования обусловлены главным образом качест-венным истощением гидроресурсов.

Основные источники загрязнения гидросферы

Уровень загрязнения рек, озер, морей и океанов с каждым годом возрастает. Особую и едва ли не самую серьезную роль в загрязнении водных объектов играет сброс отработанных промышленных вод. Они загрязняют более 1/3 всего речного стока. Например, в США за 70 лет загрязненность рек выросла в 10 раз, что привело к запрещению купания в реке Миссисипи и ее притоках. Не лучшим образом обстоит дело и с водоемами, расположенными в Европейской части России. Так, концентрация аммонийного и нитритного азота увеличилась в 1,5 раза, количество взвешенных и органических веществ достигает от 2 до 12 ПДК, содержание фенолов -- от 10 до 41 ПДК, тяжелых металлов -- от 8 до 24 ПДК.

Наибольший вклад в загрязнение водных объектов сточными водами вносят такие отрасли промышленности, как черная и цветная металлургия, химическая, нефтеперерабатывающая, целлюлозно-бумажная и пищевая.

В зависимости от технологических особенностей производств сточные воды можно разделить на:

1. реакционные воды, загрязненные как исходными веществами, так и продуктами реакции;

2. воды, содержащиеся в сырье и исходных продуктах;

3. воды после промывки сырья, продуктов, тары, оборудования;

4. водные экстрагенты и абсорбенты;

5. бытовые воды из туалетов, после мытья помещений, душевых;

6. воды, стекающие с территории промышленных предприятий, загрязненные различными химическими веществами.

Промышленные сточные воды могут иметь кислую, нейтральную или щелочную среду, что приводит к изменению естественного рН в водоемах, в которые сбрасываются эти воды.

В шлаках промышленных производств присутствуют разнообразные органические вещества и соединения тяжелых металлов; в бытовых отходах содержание органических веществ составляет 32-40%. Эти вещества, попадая в почву, создают в грунтах устойчивую восстановительную среду, в которой возникает особый тип иловых вод, содержащих сероводород, аммиак, ионы металлов.

В случае образования в водоемах поверхностных пленок, содержащих нефтяные углеводороды, нарушается газообмен на границе сред воздух--вода. Кроме того, загрязняющие вещества могут акку-мулироваться в клетках и тканях гидробионтов и оказывать токсическое действие на них.

Поверхностные воды в промышленно развитых густонаселенных регионах подвергаются загрязнению коммунально-бытовыми и про-мышленными стоками, стоками сельхозпредприятий и др. Напри-мер, в пределах столицы ежегодно в р. Москву станциями аэрации сбрасывается до 4·106м3 сточных вод; к ним нужно добавить 8·103м3 сточных вод, поступающих от промышленных предприятий. Всего в бассейн р. Москвы поступает 9·103 т загрязняющих веществ, основу которых составляют соединения азота, нефтепро-дукты, металлы. Все это приводит к тому, что в черте города в водах р. Москвы в 2 раза возрастает количество взвешенных частиц, в 1,5 раза увеличивается минерализация, концентрация растворенного кислорода уменьшается до 1,5-2,0 мг/л, в 5 раз увеличивается кон-центрация биогенных элементов, в 2 раза по сравнению с фоновым возрастает содержание металлов и нефтепродуктов. По количеству сбрасываемых в водоемы стоков в РФ лидирует Москва -- 2367-106 м3, далее следуют Санкт-Петербург -- 1519·106 м3, Ан-гарск -- 529·106 м3, Красноярск -- 416·106 м3, Новосибирск -- 316·106 м3 .

Еще одним источником загрязнения природных вод являются атмосферные воды, несущие в себе вымываемые из воздуха загряз-няющие вещества промышленного происхождения. При стекании по поверхности земли атмосферные и талые воды увлекают за собой органические и минеральные вещества из почвы. В первую очередь это касается территорий санитарно неблагоустроенных населенных пунктов, сельскохозяйственных объектов и угодий, особенно в период весеннего паводка, что приводит к сезонному ухудшению качества питьевой воды.

Городские сточные воды, включающие преимущественно быто-вые стоки, которые содержат большое количество поверхностно-активных моющих средств, также являются источниками загрязнения природных вод. Наличие в стоках поверхностно-активных моющих средств губительно сказывается на флоре и фауне. Например, 10-25 мг моющих химических средств на 1 л воды ядовиты для вод-ной флоры. При концентрации моющих средств 1 мг/л гибнет планктон, при 3 мг/л -- дафнии, 15 мг/л -- рыбы. Кроме того, в городских сточных водах может содержаться в среднем (мг/л): 1б,9 -- калия, 0,5 -- меди; 0,5 -- свинца; 0,8 -- железа; 23,2 -- натрия; 0,2 -- цинка; 6,6 -- фосфора, 4,53 -- жиров. Разложение большого количества органических веществ в стоках приводит к дефициту кислорода и накоплению сероводорода, в результате чего со временем такие водоемы «умирают».

Большое значение для организации водопотребления и водопользования имеет состояние подземных вод, которое может нарушаться проведением мелиоративных и гидротехнических работ, строительством городов и поселков, сооружением и эксплуатацией шахт и рудников. В результате уровень грунтовых вод может меняться на обширных территориях. Так, в районе Курской магнитной аномалии осуществление работ в местах добычи полезных ископаемых вызвало появление депрессионных воронок, а затем заметное изменение водного режима и характера растительности на расстоянии 50-60 км от карьеров. Интенсивная откачка из глубин нефти, газа или воды может повлечь за собой оседание почвы на больших территориях, изменение путей подземных потоков и их скоростей, что может привести к разрушению первичных структур. Кроме того, откачка подземных вод из шахт, рудников и карьеров и сброс их на поверхность ведут к загрязнению рек и водоемов.

Многие страны, имеющие выход к морю, производят морское захоронение вредных веществ. Объем таких захоронений составляет около 10% всей массы загрязняющих веществ, поступающих в Мировой океан. Основанием для использования морей и океанов в качестве полигонов для захоронения различных отходов послужила способность морской воды к переработке большого количества органических и неорганических веществ. Однако эта способность не беспредельна. Поэтому такой подход можно рассматривать как вы-нужденную меру, подтверждающую несовершенство технологий по переработке и уничтожению отходов производства и потребления. В результате аварий судов, промывки резервуаров танкеров, утечек нефти при добыче ее в шельфовой зоне ежегодно в воды Мирового океана попадает до 15-106 т нефти. Каждая 1 т нефти покрывает тонкой пленкой примерно 12 км2 поверхности и загрязняет до 1 млн т морской воды.

Особо следует остановиться на захоронении в морях и океанах радиоактивных отходов. Захоронение радиоактивных отходов (РАО) в море рассматривается как изоляция этих опасных веществ от среды обитания человека на период, достаточный для физического распада радионуклидов. Захоронение жидких радиоактивных отходов (ЖРО) и твердых радиоактивных отходов (ТРО) осуществлялось многими странами, имеющими атомный флот и атомную промышленность. Первые захоронения РАО в морях были произведены в 1946 г США в северо-восточной части Тихого океана на расстоянии 80 км от побережья Калифорнии. С 1947 г сбросы стали производиться Великобританией и др. До 1983 г практиковался сброс ТРО в открытое море.

В России возникают свои проблемы, связанные с захоронением РАО в морях, омывающих ее территорию. В СССР захоронение РАО началось в 1957 г. Только по ТРО в северные и дальневосточные моря суммарный сброс составляет 53376 м3 с активностью 21614 Ки. Одновременно производится захоронение ЖРО, суммар-ный слив которых в северные моря составил 190435 м3 с активнос-тью 23753 Ки. Не меньший вред по загрязнению водных объектов наносят удобрения и ядохимикаты (пестициды), применяемые в сельском хозяйстве, которые, попадая на поверхность почвы, смы-ваются с нее и оказываются в водоемах.

Необходимо отметить, что процессы регенерации, или самоочищения, протекают в водной среде гораздо медленнее, чем в воздухе. Источники загрязнения водоемов более разнообразны, а естественные процессы, происходящие в водной среде и подвергающиеся дей-ствию загрязнителей, более чувствительны и имеют большее значе-ние для обеспечения жизни на Земле, чем те, которые происходят в атмосфере.

Заключение

Миру нужна устойчивая практика управления водными ресурсами, однако мы еще недостаточно быстрыми темпами движемся в правильном направлении. Китайская пословица гласит: "Если мы не изменим курс, то можем прийти туда, куда направляемся". Если не изменить направление движения, многие районы будут по-прежнему испытывать нехватку воды, многие люди будут по-прежнему страдать, будут продолжаться конфликты из-за воды и новые площади ценных сильно увлажненных земель будут уничтожены.

Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения и их рационального использования для нужд народного хозяйства - одна из наиболее важных проблем, требующих безотлагательного решения.

Таким образом, охрана и рациональное использование водных ресурсов - это одно из звеньев комплексной мировой проблемы охраны природы.

Список литературы

1) Демина Т.А. Экология, природопользование, охрана окружающей среды М.: Аспект-пресс, 1995.

2) Ерофеев Б.В. Экологическое право М.: Юриспруденция, 1999.

3) Инженерная экология и экологический менеджмент / Под ред. Иванова Н.И., Фадина И.М. М.: Логос, 2003.

4) Инженерная экология / Под ред. Медведева В.Т. М.: Гардарики, 2002.

5) Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек М.: 1998.

6) Петров К.М. Общая экология: взаимодействие общества и природы СПб: Химия, 1998.

7) Родзевич Н.Н., Пашканг К.В. Охрана и преобразование природы. М.: Просвещение, 1986.

Страницы: 1, 2